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基于观测器的非线性网络化系统控制与滤波研究

刘鑫鑫  
【摘要】:非线性网络化系统,由于其设备简易、扩展方便、操控简单、贴近实际、易于维护、资源共享等特点在实际工程中得到了广泛应用。但随着网络化规模不断扩大,有限的网络带宽和传输通道使得数据传输过程不可避免地存在一些网络诱导问题,如时延、数据包丢失、和信号量化等,使得非线性网络化系统的控制问题变得更为复杂。这些网络诱导问题如果不加以干预,会影响系统的稳定性能,也增大了系统运行出错的可能性。目前相关问题研究仍不够充分,大部分结果只关注线性被控对象。因此,深入研究非线性网络化系统的控制与滤波问题显得至关重要。本论文将在前人工作的基础上,综合非线性网络化系统优化建模、性能分析、控制器设计、滤波器设计等方面,开展非线性网络化系统基于观测器的分析和综合研究,并对一类重要的非线性网络化系统应用--互联电力系统,进行了基于故障容错的负荷频率控制设计。本论文的主要工作可以概括如下:(1)研究事件触发策略下非线性系统的滑模控制设计问题。针对非线性网络化系统,提出了基于动态事件触发机制下的滑模观测器设计方案,研究事件触发策略下非线性系统的滑模控制设计问题,并分析滑动模态渐近稳定并满足H_∞性能指标的充分条件。(2)研究在信号量化和时滞下一类非线性不确定系统的抗扰动控制问题。考虑系统量化输出情况,建立一种抗扰动观测器,分析闭环系统满足H_∞性能指标下渐近稳定的条件。通过一定的线性转换,降低研究方法的复杂性,消除信号量化丢失对控制性能造成的影响,提出非线性滑模控制器的设计方法。(3)研究在数据丢包和混杂时滞下非线性系统的动态输出反馈控制问题。分析数据丢包下事件触发策略的可行性,设计相应的动态输出反馈控制器,得到系统渐近稳定的条件和动态反馈控制器参数的表达形式。(4)研究基于事件触发策略的非线性系统的H_∞滤波问题。设计基于事件触发的H_∞滤波器,分析滤波误差系统满足渐近稳定及预设的H_∞性能指标的条件,并利用投影定理和锥补线性化方法,得到滤波参数的表达形式。(5)研究基于事件触发策略的非线性切换系统的故障诊断问题。通过构造基于事件触发的非线性故障诊断滤波器,提出残差系统满足H_∞系统性能下指数稳定的条件,通过引入松弛矩阵,提出故障诊断滤波器参数的表达形式。(6)针对多区域互联电力系统作为模型,解决互联电力系统基于故障容错的负荷频率控制问题。建立多区域互联电力不确定系统负荷频率控制的数学模型,针对不同电力子系统设计基于故障容错的负荷频率控制方法,分析闭环系统渐近稳定的条件,并设计基于容错的控制器。


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